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Cette figure, étudiée par Viviani, a été utilisée en architecture pour la construction de coupoles. Elle est définie par l'intersection d'une sphère et d'un cylindre tangent dont le diamètre vaut le rayon de la sphère. Soit une sphère S de rayon R et un cylindre C de rayon R/2 tangent à la sphère S. La courbe S
x² + y² + z² = R²
y² + z² = Ry La projection de la courbe sur le plan xoy est la courbe d'équation: x² + Ry = R² c'est-à-dire une parabole.
ce qui correspond aux équations de C, avec la condition:
u² = R².(1 - cosθ)/2
qui exprime que les points appartiennent à S. Projetons à présent cette courbe à partir du point (0, -R, 0) sur le plan xoz. On obtient la courbe d'équation:
(x² + z²)² - R²(x² - z²) = 0
Cette équation est celle de la lemniscate de Bernoulli. Projetons à présent la courbe de Viviani à partir de son point double (0, R, 0) sur le plan xoz. On a ainsi prouvé que l'inverse d'une lemniscate de Bernoulli par rapport à son point double est une hyperbole. Remarquons qu'un raisonnement plus synthétique peut conduire au fait que la projection à partir du point double est une hyperbole. En effet S et C sont deux quadriques. Dans le faisceau qu'elles déterminent, il existe 4 cônes (ou cylindres); l'un est C, un autre est le cylindre projetant la parabole; les deux derniers cônes sont confondus puisque la courbe de Viviani possède un point double qui est d'ailleurs le sommet du cône. La projection est donc une section conique, une hyperbole dans ce cas. |